Способ комплексной очистки отходящих газов от примесей

(51) 01 53/14 (2010.01) 01 53/34 (2010.01) 03 3/40 (2010.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ коронирующего игольчатого электрода с постоянным напряжением отрицательной полярности, расположенным над поверхностью водного каталитического раствора (содержащий 10 перекиси водорода в количестве 100-200 г/л.,100-200 г/л трибутилфосфата и полиэтиленимин- 50-100 г/л.) и решетчатого электрода с постоянным напряжением положительной полярности,расположенного внутри водного каталитического раствора, при этом напряжение между электродами составляет 20-40 кВ, скорость барботажа отходящих газов - 400-12000 ч-1. Преимущество предлагаемого способа высокая эффективность комплексной очистки отходящих тазов от СО, , 2, СНХ в одну стадиювосстанавливается до 2, продуктом окисления СО,СНХ и 2 являются СО 2, Н 2 О и О 3. Нерастворимых промежуточных продуктов реакции не образуется. Каталитический раствор регенерируется в ходе реакции,скорость пропускания отходящих газов составляет 40012000 ч-1, степень очистки - 85-92.(72) Аршидинов Маликжан Мамежанович Зуслина Екатерина Хаскелевна Коровченко Татьяна Ивановна Креслина Светлана Юрьевна(73) Некоммерческое акционерное общество Алматинский университет энергетики и связи(54) СПОСОБ КОМПЛЕКСНОЙ ОЧИСТКИ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ ОТ ПРИМЕСЕЙ(57) Изобретение относится к области промышленной экологии,химических,нефтехимических,горно-металлургических,теплоэнергетических производств и может быть использовано для комплексной очистки отходящих газов от примесей, в частности, окиси углерода,окиси азота, двуокиси серы. Способ комплексной очистки отходящих газов от примесей осуществляется тем, что отходящие газы очищаются электрическими разрядами путем пропускания газов через коронный разряд Изобретение относится к области промышленной экологии и может применяться в химических,нефтехимических,горнометаллургических,теплоэнергетических производствах для комплексной очистки отходящих газов от примесей, в частности, окиси углерода,окиси азота, двуокиси серы. Известен способ очистки отходящих газов от оксидов азота и серы путем доокисления низших оксидов азота и серы ионизацией комбинированным высоковольтным полем и ультрафиолетовым облучением (Патент РК 3724, кл. В 01 53/14,53/34). Недостатком этого способа является низкая степень (20-30) очистки дымовых газов от оксидов азота и серы. Известен способ очистки отходящих газов от оксида азота и диоксида серы каталитическим раствором следующего состава (г/л) сульфат железа- 30,4-91,2 серная кислота- 39,2-88,2 йодистый калий -19,9-58,1 вода - остальное. (Патент РК 5219,кл. В 01 53/14). Недостатком этого способа является низкая эффективность улавливания О и 2. Известен способ очистки отходящих газов, по которому отходящие газы очищают от примесей электрическими газовыми разрядами с последующим контактом с каталитическим материалом. (Патент Германии 4423397, кл. В 01 53/86, В 03 С 3/00). Недостатком этого способа является низкая эффективность очистки из-за раздельного использования электрических газовых разрядов и последующего взаимодействия с каталитическим раствором. В основу изобретения положена задача создания эффективного способа комплексной очистки отходящих газов от примесей химических,нефтехимических,горно-металлургических,теплоэнергетических производств. Технический результат - способ комплексной очистки отходящих газов от примесей,позволяющий провести комплексную очистку отходящих газов от СО, , 2,в одну стадиювосстанавливается до 2, продуктом окисления СО, СН Х и 2 являются С 2, Н 2 О и 3. Нерастворимых промежуточных продуктов реакции не образуется. Каталитический раствор регенерируется в ходе реакции,скорость пропускания отходящих газов составляет 400-12000 ч -1 , степень очистки - 85-92. Для достижения указанного технического результата в способе комплексной очистки отходящих газов от СО, Х, 2, включающем каталитический раствор, состоящий из расчетного количества сульфатов или хлоридов железа,йодистого калия, серной кислоты, отходящие газы очищаются, в соответствии с изобретением,электрическими разрядами путем пропускания газов через коронный разряд коронирующего игольчатого электрода с постоянным напряжением отрицательной полярности, расположенным над поверхностью водного каталитического раствора 2(содержащий 10 перекиси водорода в количестве 100-200 г/л., 100-200 г/л трибутилфосфата и полиэтиленимин (полиакриловую кислоту) - 100200 г/л и ацетонитрил - 50-100 г/л.) и решетчатого электрода с постоянным напряжением положительной полярности, расположенного внутри водного каталитического раствора, при этом напряжение между электродами составляет 20-40 кВ, скорость барботажа отходящих газов - 40012000 ч-1. Способ комплексной очистки отходящих газов от примесей осуществляется следующим образом(фиг. 1). Газовый поток ионизируется в ионизаторе (1),далее проходит через коронирующий игольчатый электрод (2), имеющий высокое постоянное напряжение отрицательной полярности и расположенный над поверхностью водного раствора катализатора в камере каталитической очистки (3),затем проходит через водный раствор катализатора камеры каталитической очистки, внутри которой расположен решетчатый электрод (4), имеющий постоянное напряжение положительной полярности,из-за чего и возникает коронный разряд в области между коронирующим игольчатым электродом и поверхностью электрозаряженного катализатора. Ионизация молекул газовых примесей, активация катализатора в результате электризации,уменьшение поверхностного натяжения, изменение состояния поверхностного слоя катализатора, а также кулоновские силы притяжения способствуют значительному повышению эффективности каталитической очистки газов от вредных газовых примесей (СО, , 2). Под влиянием ионного ветра, возникающего в коронном разряде,изменяется состояние поверхностного слоя водного раствора катализатора наблюдается вдавливание поверхности водного раствора катализатора,создаются водные течения. Уменьшается поверхностное натяжение водного раствора катализатора, вследствие его электризации. Приготовление растворов осуществляется путем смешения компонентов с водой. Концентрационные пределы обусловлены высокой эффективностью комплексной очистки отходящих газов. Результаты опытов показывают, что уменьшение содержания железа в виде хлоридов или их смеси ниже 5 гметалл/л, йодистого калия ниже 20 г/л, серной кислоты ниже 20 г/л, напряжения между электродами ниже 25 кВ снижают эффективность газоочистки. Увеличение содержания железа в виде сульфатов или хлоридов или их смеси выше 50 гметалл/л, йодистого калия выше 40 г/л, серной кислоты выше 40 г/л, напряжения между электродами выше 40 кв. практически не влияет на степень газоочистки. Дополнительное введение в каталитический раствор полиэтиленимина(полиакриловой кислоты) и ацетонитрила, перекиси водорода,трибутилфосфата повышает эффективность процесса. Химический состав газов определялся прямым методом с использованием универсальных приборов типа ФГО 1-1-01, ФГО 2-1-01, индикаторными трубками типа ГХ-4, ГХПВ-1. КН 9003. Пример 1. В реакторе, внутри водного каталитического раствора (концентрация 24 - 30 г/л,- 15 г/л и изменяющейся концентрации железа - 5-55 г/л) располагается решетчатый электрод, на который подается постоянное напряжение положительной полярности. Над поверхностью раствора располагается коронирующий игольчатый электрод, на который подается напряжение отрицательной полярности. Напряжение между электродами - 20 кв. Объемная скорость подачи отходящих газов - 600 ч-1. Температура 30 С. Отходящие газы,ионизированные в ионизаторе (5), перед реактором и после реактора анализируют на содержание СО 2. Результаты представлены в таблице 1. Таблица 1 Комплексная очистка отходящих газов от , 2,при 30 С, скорости барботажа 600 ч-1,напряжение между электродами 20 кВ, 24 - 30 г/л,- 15 г/л. Содержание металла, г/л Состав газов после очистки,мг/м 3 Данные таблицы показывают, что наиболее высокая эффективность газоочистки предлагаемым способом наблюдается при содержании 15-50 гжелеза/л. Пример 2. Газоочистка проводилась в условиях,аналогичных примеру 1,с изменением концентрации серной кислоты. Результаты представлены в табл. 2. Таблица 2 Комплексная очистка отходящих газов от , 2,при 30 С, скорости барботажа 600 ч-1,напряжение между электродами 20 кв.,- 15 г/л, концентрации 4 - 30 г/л металла. Концентрация Состав отходящих газов, Состав газов после Эффективность газоочистки,серной кислоты, мг/м очистки, мг/м г/лСО 2 СО 2 О СО 2 920 175 1870 598 105 1029 35 40 45 830 160 1900 332 45 475 60 72 75 0 10 870 195 1850 261 29 370 70 85 80 20 30 940 190 1820 188 19 146 80 90 92 40 50 900 165 1870 144 13 187 84 92 90 820 200 1860 115 20 149 86 90 92 Данные таблицы показывают, что наиболее Пример 3. Газоочистка проводилась в условиях,высокая эффективность газоочистки предлагаемым аналогичных примеру 1,с изменением способом наблюдается при содержании 24 - 20- концентрации йодистого калия. Результаты 40 г/л. представлены в таблице 3. Таблица 3 Комплексная очистка отходящих газов от , 2,при 30 С, скорости барботажа 600 ч-1,напряжение между электродами 20 кВ., концентрации 4 - 30 г/л металла, концентрации 24-30 г/л Концентрация йодистого калия, г/л Состав газов после очистки, мг/м 3 Продолжение таблицы 3 0 910 190 1870 728 143 1552 20 25 17 10 850 165 1850 340 58 555 60 65 70 20 940 190 1820 188 19 146 80 90 92 30 820 195 1920 131 16 154 84 92 92 40 890 220 1950 125 22 195 86 90 90 50 930 210 1890 140 17 151 85 92 92 Данные таблицы показывают, что наиболее Пример 4. Газоочистка проводилась в условиях,высокая эффективность газоочистки предлагаемым аналогичных примеру 1, с изменением напряжения способом наблюдается при содержании йодистого между электродами. Результаты представлены в калия 20-40 г/л. таблице 4. Таблица 4 Комплексная очистка отходящих газов от , 2,при 30 С, скорости барботажа 600 ч-1,концентрации - 15 г/л, концентрации 24 - 30 г/л, концентрации 4 - 30 г/л металла. Напряжение между электродами, кВ. Состав Состав газов Эффективность отходящих после очистки,газоочистки,газов, мг/м 3 мг/м 322 О 2 0 870 210 1720 566 158 1032 35 25 40 10 840 230 1900 319 81 608 62 65 68 20 940 190 1820 188 19 146 80 90 92 30 950 150 1940 143 12 155 85 92 92 40 790 180 1830 79 9 73 90 95 96 50 820 200 1890 328 60 473 60 70 75 Результаты, приведенные в таблице 4,Пример 5. Газоочистка проводилась в условиях,показывают, что наиболее высокая эффективность аналогичных примеру 1, с дополнительным газоочистки наблюдается при напряжении между введением 10-типерекиси водорода. Результаты электродами 20-40 кВ. приведены в таблице 5. Таблица 5 Комплексная очистка отходящих газов от , 2,при 30 С, скорости барботажа 600 ч-1,напряжение между электродами 20 кВ, концентрации- 15 г/л, концентрации 24 - 30 г/л,концентрации 4- 30 г/л металла. Концентрация 10 перекиси водорода,г/л Состав отходящих газов, Состав газов после очистки,мг/м 3 мг/м СО 2 0 940 190 1820 188 19 146 100 970 160 1920 146 8 77 200 870 180 1870 87 9 75 300 920 210 1880 92 13 75 Содержание СН Х в отходящих газах 195 мг/м 3, после очистки - 18 мг/м 3 . Эффективность очистки -91. Результаты, приведенные в таблице 5,показывают, что оптимальное содержание перекиси водорода 100-200 г/л. Введение перекиси водорода повышает степень очистки отходящих газов от углеводородов в 1,5 раза. Пример 6. Газоочистка проводилась в условиях,аналогичных примеру 1, с изменением скорости барботажа отходящих газов. Результаты представлены в таблице 6. Таблица 6 Комплексная очистка отходящих газов от , 2,при 30 С, напряжение между электродами 20 кв.,концентрации- 15 г/л, концентрации 24- 30 г/л, концентрации 4- 30 г/л металла. Скорость барботажа,ч -1 Состав газов после очистки,мг/м Продолжение таблицы 6 400 930 160 1750 130 8 140 600 940 190 1820 870 210 188 19 146 1200 1740 900 170 1790 157 17 104 4800 980 150 1720 180 20 251 9600 890 160 1820 245 23 275 12000 870 190 1740 196 26 255 14000 261 53 435 Значительный унос каталитического раствора с очищаемыми газами. Результаты, приведенные в таблице 6,показывают, что в интервале 400-1200 ч-1 наблюдается высокая степень очистки отходящих газов. Комплексная очистка отходящих газов от , 2,при 30 С, напряжение между электродами 20 кв., концентрации -- 15 г/л, концентрации 24 - 30 г/л, концентрации 4 - 30 г/л металла Концентрация Состав трибутилфосфата, г/л мг/м отходящих газов, Состав газов после очистки, Эффективность мг/м газоочистки,О 2 940 190 1820 930 180 1870 920 190 1820 870 180 1830 890 170 1750 Данные таблицы показывают, что введение трибутилфосфата повышает эффективность газоочистки на 5-7. Оптимальная концентрация 100-200 г/л. Пример 8. Газоочистка проводилась в условиях,аналогичных примеру 1, с дополнительным вводом полиэтиленимина или полиакриловой кислоты. Результаты приведены в таблице 8. Таблица 8 Комплексная очистка отходящих газов от , О 2,при 30 С скорости барботажа 600 ч-1, напряжение между электродами 20 кв., концентрации- 15 г/л, концентрации 24 - 30 г/л, концентрации 4 - 30 г/л металла. Содержание Состав отходящих Состав газов после полимерной матрицы,очистки,г/л СО 2 0 940 190 1820 188 19 146 полиэтилениминацетонитрил 1000 930 180 1830 140 14 146 5050 910 160 1890 155 16 151 10050 870 195 1900 131 20 152 15050 830 210 1940 116 13 155 20050 940 200 1900 103 12 114 25050 880 215 1840 88 17 147 200 100 900 230 1870 90 16 112 200 150 890 190 1790 80 11 143 полиакриловау кислотаацетонитрил 100 100 780 195 1910 94 16 172 200 100 840 230 1930 84 18 154 250 100 930 220 1890 93 18 151 Через 10 часов эффективность газоочистки снижается. Данные приведенные в таблице 8 показывают,что оптимальная концентрация полиэтиленимина(полиакриловой кислоты) составляет 100-200 г/л. Для повышения стабильности каталитического раствора и снижения негативного влияния,образующихся 3 и 4 на полимерные матрицы, целесообразно вводить ацетонитрил в количестве 50-100 г/л. 5 повышает эффективность газоочистки в 2-2,5 раза Эффективность газоочистки отходящих газов от , О 2, , Нх Удаляемый компонент В растворе протекают следующие реакции СО 1/2 О 2 СО 2 2 1/22 СО 2 2 2 2 1/2 2 3 23 1/22 Преимущество предлагаемого способа высокая эффективность комплексной очистки отходящих газов от СО, , 2,в одну стадиювосстанавливается до 2, продуктом окисления СО,СНХ и 2 являются СО 2, Н 2 О и 3. Нерастворимых промежуточных продуктов реакции не образуется. Каталитический раствор регенерируется в ходе реакции,скорость пропускания отходящих газов составляет 400- 12000 ч-1, степень очистки - 85-92. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ комплексной очистки отходящих газов от примесей, включающий каталитический раствор,состоящий из расчетного количества сульфатов или хлоридов железа, йодистого калия, серной кислоты,отличающийся тем, что отходящие газы очищаются электрическими разрядами путем пропускания газов через коронный разряд коронирующего игольчатого электрода с постоянным напряжением отрицательной полярности, расположенным над поверхностью водного каталитического раствора и решетчатого электрода с постоянным напряжением положительной полярности, расположенного внутри водного каталитического раствора, при этом напряжение между электродами составляет 20-40 кВ, скорость барботажа отходящих газов -400-12000 ч-1. 2. Способ по пункту 1, отличающийся тем, что водный каталитический раствор дополнительно содержит 10 перекиси водорода в количестве 10020 г/л. 3. Способ по пункту 1, отличающийся тем, что водный каталитический раствор дополнительно содержит 100-20 г/л трибутилфосфата. 4. Способ по пункту 1, отличающийся тем, что водный каталитический раствор дополнительно содержит полиэтиленимин